综合物探技术在矿井生产中的应用.pdf

第 2期 总 4 9期 2 0 1 3年 6月 河北能源职业技术学院学报 J o u r n a l o f He b e i En e r g y I n s t i t u t e o f Vo c a t i o n a nd T e c h n o l o g y N o ． 2 S u m N o ． 4 9 J u n ． 2 01 3 综合物探技术在矿井生产中的应用 刘重举 冀 中能源集 团有 限责任公司， 河北 邢 台0 5 4 0 0 0 摘要 本文介绍了近年来在地质及 水文地质探测方面应用比较 广泛和成熟的几种物探 方法， 论述 了如何根据各种探 测手段的特点在不同地质条件 下选取一种经济快速或多种互补 的有效物探 方法 ， 以达到准确探测地质及水文地质异常体的 目的。 关键词 综合物探 ； 矿 井； 超前探测 中图分类号 T D 7 4 5 ． 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 3 9 7 4 2 0 1 3 0 2 0 0 6 1 0 3 Co m p r e he n s i ve Ge o p hy s i c al Pr o s p e c t i ng Te c hno l o g y App l i c at i o n i n M i n e Pr o d uc tion L I U Z h o n g j u J i z h o n g E n e r g y G r o u p C o ． ，L T D． ， X i n g t a i H e b e i ， 0 5 4 0 0 0 Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s s e v e r a l g e o p h y s i c al p r o s p e c ti n g me t h o d s mo r e e x t e n s i v e a n d ma t u r e w h i c h a r e a p p l i e d i n t h e g e o l o g i c a l a n d h y d rog e o l o g i c a l e x p l o r a ti o n i n r e c e n t y e a r s ．Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e r i s ti c s o f v a r i o u s d e t e c t i o n me t h o d s ，h o w t o s e l e c t a r a p i d e c o n o mi c al o r fl v a rie t y o f c o mp l e me n t a r y and e ff e c t i v e g e o p h y s i c a l e x p l o r a t i o n me t h o d i n d i f f e r e n t g e o l o g i c al c o n d i t i o n s ，i n o rde r t o a c h i e v e the p u r p o s e o f a c c u r a t e d e t e c t i o n o f g e o l o g i c a l a n d h y d r o g e o l o g i c al a b n o r ma l b o d y ． Ke y wo r d s c o mp r e h e n s i v e g e o p h y s i c al p r o s p e c t i n g ；mi n e ；a d v a n c e d d e t e c t i o n 邢台矿区地质及水文地质条件复杂 ， 区内褶皱 、 断层 、 陷落柱等构造十分发育 ， 加之煤层浅部小煤窑 的无序开采形成许多老空积水区， 给矿井地质工作 带来很大 的困难。为查 明水害 隐患， 防止突水 灾 害 发生， 近年来冀中股份公司与有关科研院所合作， 物 探防治水技术有了较为完善的发展， 形成了一套适 合本地区的综合 物探 方法 ， 有 效地指导着 防治水工 作 的正常开展。 1 ．矿井物探手段的选择及探测 目的 鉴于邢 台矿 区异 常复杂 的地质 及水 文地 质 条 件及下 组煤 的规模 化开 采 ， 冀 中股 份公 司编 制 了 矿 井防治水 暂行 规定， 明确 规定 了从 地 面到井 下 、 从掘进超前 到工作面透 视等全空 间多方位 的综 合物探模式 ， 其 中井 下 主要 探测模 式 为 工作 面掘 进过程 中采用直流电法连续超前探 测 ， 并尽 可能利 用瞬变 电磁对 邻近工 作 面进行借 道超 前探 测 。工 作面圈定后 ， 再进行无线 电坑 透、 音频 电透视 、 电测 深、 瞬变电磁等综合探测， 物探手段的选择和探测 目的如下所示 2 ．物探方法应用分析 2 ． 1直 流 电法探 测 直流电法探测主要解决的地质及水文地质 问题 是超前探 测 开掘巷 道前方 的地质 及水 文地 质异 常 体 。它具有对富水异 常体反映敏感 、 操作简单快捷 、 方便实用等特点， 近年来已广泛应用于各矿巷道掘 进超前探测上 。 综 △ 口 物 探 掘 进 巷 道 物 探 害 二 罄 薹 耄 构 造 ，无线电坑透一采前探构造 工 作 面 物 探 {耄 兰 粟 探 水 【 瞬变电_ 采前探水 从 2 0 0 4年开始， 冀中股份公司与中煤科工集团 西安研究院共 同开发研究， 使直流电法有效探测距 离大大增加 ， 为安全高效快速掘进提供了有效保证。 近年来 ， 冀中股份公司各矿 自备仪器 ， 地测部 门 自己 培养物探人员 ， 根据生产进度不 问断的完 成 了直流 电超前探测五千 多次 ， 在探测及 资料分析 过程 中总 结出 了该 方 法 的存 在 的 问题 及 未 来 需 要 解 决 的 课题 。 2 ． 1 ． 1直流电超前探测存在的问题 1 虚假异常较多 ， 给资料解 释带来较大 困难 ， 目前只能靠人为判断其真假， 错判的几率大， 甚至漏 掉真正有威胁的含水异常。并且由于虚假异常多， 增加了钻探验证的工作量。 2 该方法只能超前探测巷道正前方地质异常 体的存在， 对巷道侧前方地质异常体的探查技术尚 不成熟。 收稿 日期 2 0 1 30 32 9 作者简介 刘重举 1 9 6 9 一 ， 男， 硕士， 冀中能源集团有限责任公司安全监察部高级工程师 ， 从事煤矿安全生产技术管理工作。 6l 刘重举 综合物探技术在矿井生产 中的应用 3 对无水地质异常 体探测效果差。 2 ． 1 ． 2直流电超前探测技术研究方向探讨 目前 ， 直流 电法探 测 只 能解决巷 道前方地质异 常体的探查， 且每次探测均存在虚假异常， 实际应用 存在一定 困难 。为此 ， 应 加大软硬件开发更新 ， 加入 虚假异常判别 技 术 ， 从而 对假异 常进 行有 效剔除。 并通过探测方法的改进 ， 如改进 电极模式、 计算方式 等加以实施对巷道侧前方地质异常体的探测， 即开 发直流电多方位探测技术 。 2 ． 2无 线 电坑 透 无线电坑透主要解决的地质问题是探查工作面 内隐伏的各种地质构 造 ， 是工作 面圈定后必须开展 的物探工作之一。 通过多年的探采对 比， 普遍认为该方法是一种 较成熟的物探技术。它对 断层等 构造可 以根据异常 区实测场强与正常区理论场强的对比来断定预测断 层落差的大小； 对陷落柱等因其与煤层接触的界面 比较明显， 而且与煤层的电性差异较大， 可利用定点 发射法得到的场强曲线和衰减曲线来判断陷落柱的 有无， 并可以通过交换发射机和接受机的位置来确 定陷落柱的位置、 形状和大小。 随着矿井 开采深度 不断加 大、 地质条 件 日趋复 杂的变化， 以及各矿煤层赋存条件的不同， 无线电坑 透效果也不尽相 同。冀 中股份公 司各矿的应用效果 也有很大差异 ， 多数矿井适用性较好， 少部分矿井应 用效果不太理想。如葛泉矿 1 3 5 0 8工作面 X 3 0 6陷 落柱， 在采前的无线电坑透探测时效果较差。 通过多年来各矿 的探采对 比， 认为无 线 电坑透 探测需要在 以下几方面有所突破 1 提高仪器功率 ， 增加探测距离。随着矿井机 械化程度提高， 工作面宽度逐渐增大， 许多工作面宽 超过了 1 5 0米， 急需开发大透距坑透设备。 2 通过单点多频率发射进行对比， 以提高探测 精度。 3 目前坑透仪器无 法对构造 的含导水性进行 探测 ， 应开发具有探测 隐伏构造及 其含导水性等综 合功能的新型探测仪器 。 4 目前坑透仪器探测只对影响幅度大于 1 ／ 2 煤厚的地质异常体有明显反应， 对于小的异常体反 应不明显 ， 应开发探测精度更高的新型仪器 。 5 巷道内的管线、 铁道、 金属网等， 以及煤层的 倾角、 硬度 、 断层 的产状等对无线 电坑透探测都有一 定的影响， 在解释软件方面应加以考虑。 2 ． 3瞬 变 电磁探 测 瞬变电磁探测是一种近年来开发的矿井探水新 技术 ， 是一种可以进行定 向探水 的物探手段 ， 它具有 对水敏感、 测距大、 可进行全方位探测的特点。从冀 中股份公司探测实际情 况看 ， 在物探环境较好时 ， 探 测距离 能达到 5 0～1 8 0 m 以上 ， 最 大测距 近 3 0 0 m。 ． 6 2 它对含水异常探测效果总体较好， 截止目前， 除有部 分虚报现 象外 ， 尚未发现 漏测、 漏报较 大 的导 含水 现象。 该技术对探测环境要求苛刻 ， 探测 时电缆、 电器 设备等需要进行断电处理 ， 对生产进度影响较大。 目前瞬变 电磁 只用于巷道两帮探 测 ， 即侧 向探 测， 还尚未开发多方位探测功能， 尤其是掘进巷道超 前多方位探测 ， 是今后研究的方向。 2 ． 4音频 电透视 音频电透视探测主要是探查煤层顶底板一定空 间的水文地质异常体。其探测深度受工作面宽度限 制 ， 一般认为其最大探测深度为工作 面宽度 的 1 ／ 2 。 通过对冀中股份公 司各矿近 5 0个工 作 面的音频 电 透视探测 ， 探测效果各矿也不尽相 同， 部分矿井探测 效果不理想。 另外音频 电透视 对工作环境 要求 较严格 ， 需要 停工、 停 电、 排除积水、 撤除皮带 、 掘进机等大型金属 设备， 确保足够的自由空间等。工作面不规则、 巷道 积水区及流水较多、 巷道狭窄， 电极布置空间不够等 情况下探测效果较差。 2 ． 4 ． 1音频 电透视存在的问题 1 音频 电透视是在 工作 面煤层底 板下形成一 个半球形探测空间， 两巷附近测深最小 ， 需要配合两 巷电测深， 才能确保对工作面顶、 底板的全面控制。 2 音频电透成果只给出平面位置 ， 很难定性异 常深度 ， 当异常位置与巷道电测深点距离较远时 ， 难 以利用 电测深资料配合解释 。 3 工作面中部向两巷的探测深度逐渐减少， 探 测盲区漏探空间较多。 2 ． 4 ． 2音频 电透视技术研究方向探讨 1 研发通过多频率 发射对 比的方 法来提高探 测精度 。 2 音频电透视配合电测深解释 ， 局部漏探空 间 较多 ， 需开发一定深度的全空间探测技术 。 2 ． 5直 流 电测深 直流 电测深技术主要用于巷道底板突水 隐患探 查及水源井定位勘探 。它通过测量不 同深度岩层 电 性特点， 了解视电阻率空间分布情况， 确定含水构造 及含水层位置。该技术的应用较为成熟， 应用效果 总体较好 ， 错判、 漏判现象很少。 在工作面采前探测中直流 电测深 多与音频 电透 视探测配合使用 ， 效果较好。 2 ． 6三维电法勘探 三维电法勘探从理论上看其探测深度大、 无探 测盲区， 可探 测煤层底板下 隐伏 的各类 导含水构造 异常。在东庞矿 9 2 0 8 工作面的探测试验中， 圈定的 异常范围较大， 异常区分辨率低， 定位能力差， 对实 际防治水工作 的指导性不强 ， 还需进 一步提高探测 精度。 张继 东等 P L C控制及远程集 中控制 系统在 电磁 高频振网筛上的应 用 3 ．应用 中的几点认识 综上所述， 现有 的每一种物探手段都不能完全 解决生产中的各类地质及水文地质问题， 也就是说 各种物探手段都存在一定 的局限性， 探测精度普遍 较低， 需采用多种方法相结合的综合物探技术才能 保证较完整的水文地质条 件探查。通过多年 的探测 实际 ， 对各种物探 技术 的资料采集 和处理有 以下几 点认识 1 任何 一种 物探 方 法 ， 无论 是物探手 段 的选 择、 探测设计还是资料处理 ， 都必须结合井巷实测资 料和区域地质情况， 任何离开地质分析和地质推断 的探测手段 、 探测设计 和资料解 释都是不全 面的， 甚 至是错误的。 2 造成一种物探方法资料异常的因素是多方 面的， 就一种物探资料来说 ， 资料 的异常不一定都是 地质和水文地质异常， 因而在资料处理时应全面考 虑 ， 综合分析。 3 由于井巷地质条件的复杂多变， 使物探资料 的解释不可避免的具有多解 性 ， 从而造成地质判断 的失误 ， 因而在必要时应对 一种物探异常区进行其 它形式的物探 、 钻探甚至是巷探来加以验证。 4 物探手段虽然和巷探及钻探相 比， 具有成本 低、 效率高、 覆盖广的特点， 但在探测精度和资料处 理方面仍有待于进一步提高。 5 任何一种物探方法都有其适应性和优缺点， 选择哪种或哪些方法， 应结合矿井实际， 选优排劣， 选择出一种经济快速 或多种搭配互补 的方法 ， 以取 得事半功倍的效果。 6 随着勘探技术和电子技术 的不断发展 ， 应不 断更新观念， 大胆采用新技术 ， 进一步提高探测效 果 ， 为安全 生产 提供 更 加 可 靠 的地质 及水 文 地质 资料。 上接 6 O页 AC2己日V QF KH FU L 姚o v 酌 N 图 1 现了适 时检测 、 适时控制、 适 时报警 、 查询及报表功 能、 曲线功 能、 更换筛 片或 激振器 自动记 录、 用户管 理功能等 。通过企业 网利用 O P C S E R V E R以及 D D E 技术动态对高频筛的运行状态进行发布， 通过企业 网以 I n t e r n e t E x p l o r e WE B技术 就可以实现不用下 现场就能了解 到各台筛 子的运行状态 ， 这种技术 可 以让用户安全地访问、 分析和显示高频筛的生产信 息 ； 更换筛 网或激振器 自动记录时间 ， 并根据 自动统 计的筛子作业率及筛网的周期提醒用户进行筛网的 更换 ， 筛 网、 激振器的周期可对每 台筛进行不 同的设 置 ， 并 分片 、 分个进行管理与查询 、 分析 ， 解决设备 与 生产的信息传递工作。 图 2 2 ． 3应用 P L C控制及远程集 中控制 系统优点 1 ． 解决了原单芯片机控制柜存在 的运行不稳 定、 故障频繁、 维护不便等多方面的缺陷。 2 ． 采用 P L C技术， 实现多台筛的集中控制和远 程计算机控制， 也可形成闭环控制； P L C适合于工业 现场的应用， 在恶劣环境下运行稳定， 操作方便快 捷； 设备经久耐用， 可达到终身免维护。 3 ． 实现功能 适时检测 、 适 时控制、 适时报警 、 查 询及报表功能、 曲线功能、 更换筛片或激振器 自动记 录、 用户管理功能等。 4 ． 网络配置图 远程集中控制系统放在调度室， 采用单模光纤方式可使集 中控制室计算机与工业现 场通过交换机进行连接 ， 交换控制信号。 参考文献 [ 1 ] 郑兆昌． 机械振动． 北京 机械工业出版社． 1 9 8 2 ． [ 2 ] 张忠纯， 张铜钢等． 复频振动筛． 煤矿机械， 2 0 0 6 ， 2 7 1 [ 3 ] 时勇， 胡毅等． 复频筛动态特性及其工艺参数的研究． 矿 山机械， 2 0 0 9 ， 2 7 1 [ 4 ] 马美英， 严志全， 朱满平． 2 D Z S 2 0 2 0电磁高频振网筛． 矿山 机械， 2 0 0 9 3 6 3